淺談擴頻通信技術的應用與系統工作原理

【摘要】近年來，隨著科學技術的不斷進步和完善，推動了與之相關各個領域的發展，通信技術的出現使人與人之間的交流與溝通不再受到時間和空間的限制，信息的交互變得更加方便、快捷。擴頻通信技術作為一種新的信息傳輸方式，其以自身抗干擾能力強、保密性好、可實現碼分多址等優點，被廣泛應用于各個通信領域當中。基于此點，本文就擴頻通信技術的應用與系統工作原理進行淺談。

【關鍵詞】擴頻通信技術工作原理應用

一、擴頻通信技術概述

1.1擴頻通信技術的概念

擴頻通信技術即SSC，是英文Spread Spectrum Communication的簡寫形式，其具體是指用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種通信方式。舉個簡單例子說明一下，某二進制的數據流，其傳輸速率為64kb/s，也就是說該數據流的基礎帶寬僅為64kHz，而借助擴頻技術進行傳輸時，它的帶寬則可被擴展為4MHz、26MHz，最大時甚至可以擴展至120MHz或更多。SSC的基本特征如下：利用比發送信息數據的速率高出多倍的偽隨機碼將載有信息數據的基礎帶寬信號的頻譜進行相應地擴展，使其形成寬帶的低功率頻譜密度的信號來發射，其信道容量的公式為C=Wlog2（1+P/N），該公式指出當信息傳輸速率C不變時，帶寬W與信噪比P/N是能夠互相轉換的，即通過增加帶寬可以在較低的信噪比前提下以相同的信息傳輸速率進行可靠的信息傳輸，還有可能在信號被徹底淹沒的條件下借助增強信號帶寬來實現可靠通信，這就是SSC的基本理論依據。

1.2擴頻通信的特點

擴頻信號本身屬于一種不可預測的偽隨機帶寬信號，它的帶寬要比欲傳輸數據信息的帶寬大很多，并且接收機中必須帶有與該帶寬載波同步的副本，正因如此，使得擴頻通信技術具有了以下特點：其一，超強的抗干擾性。因為擴頻信號本身具有的不可預見性，從而使得干擾者很難利用觀察來進行有效地干擾，通常只能夠使用發射與被干擾信號不匹配的干擾技術，而這種做法所能起到的干擾效果并不大。由于擴頻通信在傳輸信號的過程中對信號本身的帶寬進行了擴展，故此，在信噪比很低的前提條件下，仍可以保證高質量的通信，這使其具備了較強的抗干擾能力；其二，良好的保密性。在發射功率一定的前提下，因擴頻信號分布在很寬的頻帶內，無線信道當中有用的信號功率譜密度非常低，這樣一來信號便可以在極強的噪聲背景下進行可靠通信，想要截獲這樣的信息非常困難，為此，其能夠實現隱蔽通信，具有良好的保密性；其三，可實現碼分多址。在通信系統當中，可借助擴頻調制中使用的擴頻碼序列間較好的相關性進行解擴，這樣系統便能夠區分出不同用戶的信號，多用戶同時通話便不會發生互相干擾的情況。

二、擴頻通信技術的具體應用研究

在上個世紀80年代，擴頻通信技術便被廣泛應用于軍事領域當中，隨著近些年來科學技術水平的不斷提高，該技術也日趨完善，并在諸多領域當中獲得了推廣應用，其應用范圍還在進一步擴大，下面簡要介紹一下擴頻通信技術在各個領域中的具體應用。

2.1擴頻通信技術在軍事通信中的應用

軍事是一個國家國力的象征，在軍事領域當中有著大量需要保密的信息，正因如此，使得擴頻通信技術成為軍事通信反對抗當中最為重要技術手段，該技術現已被廣泛應用于各種通信信息系統、武器系統以及系統當中。在海、陸、空戰術的通信當中，常采用擴頻通信技術來增強通信電臺的抗干擾能力，提高戰術電臺的抗干擾性和數字化程度將是其未來一段時期的主流發展趨勢。在1991年的海灣戰爭中，以美國為首的聯軍大量使用了帶有擴頻技術的GPS定位導航系統、定位報告系統、聯合戰術信息分布系統以及單信道機載系統等等。經過實踐應用表明，擴頻通信技術在軍事通信領域當中有著非常重要的作用。

2.2擴頻通信技術在移動通信中的應用

移動通信屬于民用通信領域的范疇，它與人們日常生活息息相關。目前，新一代的數字蜂房移動通信系統中廣泛應用了擴頻通信技術，這使得頻譜利用率獲得顯著提高，同時共信道干擾的影響也大幅度減小。通過擴頻通信技術的碼分多址系統，可以給每個移動臺都分配一個特有的隨機碼序列，并且各個臺之間均不相關，這樣便能夠非常方便地區分開各個移動臺的不同信號，從而使得在一個信道當中可以同時容納更多的用戶，頻譜利用效率較傳統的頻分多址增強了將近20倍左右。以往的移動通信中多徑效應產生出來的衰落相對比較嚴重，而通過擴頻技術能夠有效地克服多徑效應對移動通信質量的影響。

2.3擴頻通信技術在民用衛星通信中的應用

目前，擴頻通信技術已經在軍事衛星通信領域中獲得了非常廣泛的應用，因擴頻碼分多址系統具有組網靈活性高、承受過載能力強等特點，從而使其在民用衛星通信中也獲得了一定的應用，并取得了顯著的效果。在民用衛星通信當中采用擴頻碼分多址技術以及偽隨機序列擴展頻譜的方法，能有效地實現能量擴散，進而達到減少衛星系統干擾的目的。

2.4擴頻通信技術在測距定位中的應用

GPS屬于多星共用兩個載波頻率發送定位信號的衛星定位系統，因而它需要采用擴頻碼分多址的方式來對各個衛星的地址進行區分。每一顆衛星都可以分配到一個特定的偽隨機序列碼型，碼片的寬度越窄測距的精確程度就越高。此外，借助直接序列擴頻還能增強測距過程的抗干擾能力，加之其采用的是無源定位的方式，故此系統所能夠容納的用戶數量沒有上限。現階段，我國軍事領域以及民用部門都將GPS作為接收設備在使用，很多定位工作也都是通過GPS來予以實現的。

三、擴頻通信系統的工作原理

通常情況下，研究擴頻通信系統的工作原理都是就直接序列擴頻而言的，所謂的直接序列擴頻通信系統是以直接擴頻的方式構成的一種通信系統，簡稱為DS系統，這是最為典型的擴頻通信系統，它的發射機機與接收機結構如圖1所示。

從圖1中可以看出，A為輸入數據信息，其經過信息調制后變成寬度為B1的調頻信號，然后再借助偽隨機擴頻序列調制成帶寬為B2的信號后進行發射。當接收機接收到發射信號以后，通過對偽隨機擴頻序列相位的準確捕捉，便可以產生出與發送來的相位一直的PN碼，該碼可作為解擴本地信號之用，以便恢復成為窄帶信號，并對發送來的A數據信息進行估計，這樣整個接收過程便完成。該系統具有以下優點：容易產生編碼信號、載波頻率僅有一個、頻率合成器簡單、用戶之間不需要同步、接收機能夠實現相干解調等等。

四、結論

總而言之，在科學技術水平不斷提高的推動下，擴頻通信技術隨之獲得了相應的發展，在未來一段時期內，該技術的主流發展趨勢為超寬帶技術、多載波調制技術以及軟件無線電技術等等，這些技術的實現將會使擴頻通信技術的應用領域更加廣闊。